CN106731527A - 炼厂氢气流股的脱氮方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及炼厂氢气流股脱氮，提供了一种炼厂氢气流股的脱氮方法和装置，该方法包括：当氢气流股中氮气含量较少时，不对流股进行脱氮处理；当氢气流股中的氮气含量达到一定值时，将含氮氢气流股送入脱氮装置中进行脱氮处理，由于脱氮过程导致的压力降低，所以脱氮后需送至压缩机加压。其中，氮气含量利用监测装置进行关联测量，并以此为判据启动脱氮操作。在该脱氮方法与装置中，氢气流股包括循环氢流股、副产氢装置的出料流股。该方法可以用来优化现有方法的设备，以提高副产氢气的利用率。本发明还提供了一种氢气流股脱氮装置。

Description

炼厂氢气流股的脱氮方法和装置

技术领域

本发明属于化工环保处理领域，涉及一种加氢装置中富氢流股脱氮的方法与装置。具体地，本发明采用旁路脱氮装置及压缩机的方式，当氢气流股中的氮气含量达到一定值时，将其送入脱氮装置中脱氮后进行加压，避免氢气流股中氮气累积，从而避免了长期运行而对设备可能造成的不利影响，同时也能将一部分废气中的氢气利用起来，降低了操作成本。本发明还涉及一种氢气流股脱氮装置。

背景技术

加氢处理工艺是精制操作中常用的附加工艺。这些方法提高了低价值重质残余燃料油的价值，或者对含有污染物的精炼厂产物(例如煤油、柴油和汽油)进行处理。在加氢处理工艺中，重质或被污染的烃类产品和氢一起通过烃化裂解操作进行共处理，以生产高价值产物(例如来自残余燃料油的汽油)，或通过各种加氢处理工艺(脱氮或脱硫)例如柴油或汽油，以符合这些产品的高质量低污染规格。

炼油厂中，带有氮气保护的耗氢装置出口流股以及副产氢装置的出料流股中均含有氮气，这些氮气组分因无法在加氢反应中消耗掉而随着富氢流股的循环而积累下来。当氮气组分达到一定浓度时将影响加氢反应的氢分压，对汽柴油产品的质量不利。实际操作中往往采用间歇排放富氢流股的方式降低反应体系中氮气含量从而提高氢分压。但排放标准难于判断，同时排放过程也会浪费大量高纯氢气，经济效益不高，故对氢气流股中的氮气的处理亟需得到解决。

脱氮技术，如氮氢膜分离技术分离氮氢气体早有先例。中国科学院大连化学物理研究所经过十余年的膜法气体分离技术的研制工作，于1988年成功地在黑龙江化工厂首次应用氮氢膜分离技术，但该技术主要应用于从合成氨驰放气中回收氢气。并且，如果直接将膜分离等脱氮设备接入富氢流股主管路则会因低氮气浓度和高压降问题而经济效益不彰。

由于上述问题的存在，现有技术尚未合理地处理炼厂气中氮气的脱除问题。因此，本领域需要开发效果好的炼厂气的脱氮方法与装置。

发明内容

本发明提供了一种炼厂气脱氮的方法与装置，采用孔板流量计来控制氢气流股的流向：当流股中氮气含量较低时，旁路脱氮装置及压缩机；当氢气流股中的氮气含量达到一定值时，将其送入脱氮装置中脱氮后进行加压。采用该方法避免了氢气流股中氮气的累积，从而避免了长期运行而对设备可能造成的不利影响，同时也能将一部分废气中的氢气利用起来，降低了操作成本，提高经济效益。同时，由于是间歇性脱氮，可以最大程度地保证分离效果的最优，节省脱氮装置的操作成本。

一方面，本发明提供了炼厂气的脱氮方法，该方法包括：

当氢气流股中氮气含量较少时，流股不被送入脱氮装置进行脱氮操作；

当氢气流股中的氮气含量达到一定值时，将含氮氢气流股送入至脱氮装置中，从而脱除其中的氮气，由于脱氮过程导致的压力降低，所以脱氮后流股需送至压缩机加压。

在一个优选的实施方式中，所述氢气流股是循环氢流股、某些副产氢装置的出料流股的多组分混合物，且只有当其混合后氮气含量达到一定值时才送入脱氮及加压装置；氮气含量较低时，脱氮及加压装置被旁路。富含氢气流股包括氢气、氮气和其它气体组分，其中氢气体积含量在85％以上；所述的其它气体组分与氢气的体积比值保持不变。所述的其它气体组分为硫化氢气体或甲烷气体等气体。

在一个优化的实施方式中，氢气流股中氮气含量测定以及该流股是否需要被送入至脱氮装置进行脱氮处理都是由孔板流量计来控制的。

另一方面，本发明提供了一种专用于上述氢气流股脱氮方法的装置，该装置包括：

用于脱除混合流股中的氮气的脱氮装置(如膜分离器组，碳分子筛变压吸附装置等)及脱氮后流股加压的压缩机。

用于控制流股是否需要进入膜分离器组进行脱氮的孔板流量计。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的炼厂气间歇性脱氮的工艺流程图。

具体实施方式

本发明的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现，脱氮技术如膜分离——现有氢气膜分离技术的主要应用有从合成氨放空气中回收氢气(脱除氮气)、从合成甲醇放空气中回收氢(脱除一氧化碳)、从炼厂气中回收氢气(脱除甲烷)和合成其H₂/CO比例的调节等，可结合以上技术，采用当流股中氮气含量较低时旁路脱氮装置及压缩机的方式，而当氢气流股中的氮气含量达到一定值时，将其送入脱氮装置中脱氮后进行加压，避免氢气流股中氮气的累积，从而避免了长期运行而对设备可能造成的不利影响，同时也能将一部分废气中的氢气利用起来，降低了操作成本，提高经济效益。基于上述发现，本发明得以完成。

本发明的技术构思如下：

首先，将脱氮技术应用到炼厂氢气流股脱氮中，使氢气富集。

其次，若脱氮操作连续进行会导致进入膜分离器组的流股含氮量较小，分离效果不好，同时加压操作也需一直进行，其产生的能耗巨大，经济效益较差。故当氢气流股含氮量较小时，将脱氮及加压装置旁路；当流股中的含氮量达到一定值时，将其送入膜分离器组中进行脱氮，然后送入压缩机加压。其中，流股中的氮气含量由孔板流量计来监测，首先，由孔板流量计的流量计算公式可知，测得的体积流量与压差之间的关系，计算公式如下：

式中，Q为体积流量，C为流出系数，β为管道直径比，ε为流体可膨胀系数，d为工作条件下节流件的节流孔或喉部直径，ΔP为节流件上下游压差，ρ为管道中流体的密度；

然后，通过调节泵的参数来使管道中流量达到某一确定值，压差则由孔板流量计上的压差计测得，然后由上式我们可以推得，流体的密度计算公式：

由于混合气体中氮气密度与氢气密度差异较大，故氮气含量与密度之间紧密相联，由此可以监测到流股中的氮气含量。如此，既可以避免流股中氮气的积累对设备造成的不利，同时也能降低设备的能耗，提高经济效益。

本发明的上述技术构思可通过以下方式实现：

加氢反应器出口的氢气流股，当氮气含量较低时，进入空管道，该流股直接用于耗氢装置；当氮气含量达到一定值时，进入脱氮装置，进行脱氮处理，而后进入压缩机进行加压，之后再用于耗氢装置。其中，流股中的氮气含量由孔板流量计监测从而确定流股进入哪一管道。

本发明的脱氮装置及压缩机连用装置脱除氢气流股中氮气组分的方法与装置还可用于其它含氮废气的治理与组分循环利用中。

在本发明的第一方面，提供了一种间歇脱氮的方法，该方法包括：

较佳地，进入脱氮装置的多组分混合物，该混合物中的氮气含量较小时，直接送入空管道；当混合物中的氮气含量达到了一定值时，进入脱氮装置进行脱氮处理。其中，流股中的氮气含量由孔板流量计监测从而控制流股的走向。

在本发明的第二方面，提供了一种间歇脱氮的装置，该装置包括：

用于脱除氢气流股中氮气的脱氮装置及用于加压的压缩机。

用于监测流股中氮气含量的孔板流量计。

在本发明中，当循环氢流股中的氮气含量较小时，直接送入空管道；当混合物中的氮气含量达到了一定值时，由膜分离器组入口进入，在压力差的作用下进行脱氮处理。

以下参看附图。

图1是根据本发明的一个实施方式的氢气流股脱氮的工艺流程图。如图1所示，原料油经过换热和过滤后，进入滤后原料油缓冲罐(V-101)。原料油经反应进料泵(P-101)升压后与混合氢混合，混氢原料油与反应产物换热，然后进入反应进料加热炉(F-101)加热。混氢原料油在反应进料加热炉内加热至所需的温度后进入第一加氢反应器(R-101)，流出反应器的反应产物经与混氢原料油换热后，进入热高压分离器(V-102)。装置外来的补充氢由新氢压缩机(C101)升压后与循环氢混和。混和氢先与热高分气在E102进行换热，再和原料油混和。从热高压分离器分离出的液体(热高分油)减压后进入热低压分离器(V-103)进一步在低压将其溶解的气体闪蒸出来；从热高压分离器分来出的气体(循环氢)由内置旋流分离器的脱硫塔的进口进入脱硫塔后，与脱硫塔上部入口进入的脱硫剂(贫胺液)逆向充分接触，脱除氢气流股中夹带的硫化物：脱硫剂(贫胺液)达到一定的液位后，则由脱硫塔的液相出口出塔，而氢气流股不断向上运动并由脱硫塔气相出口出塔，孔板流量计中的压差读数可用于监测流股中的氮气含量，当流股中的氮气含量达到一定值时，送入到脱氮装置中，采用的脱氮装置可以是膜分离器组，也可以是变压吸附等其他装置，当脱氮装置为膜分离器组时，膜组件为中空纤维膜组件，纤维束一端封闭，一端开口，氢气流股走在纤维外侧，在推动力的作用下，氢气由纤维外侧渗透进纤维丝内，并从纤维束的开口端排出，送入到压缩机(C103)中进行加压，返回反应部分同补充氢混合。

在图1中，加氢反应器出来的氢气流股中的氮气含量由孔板流量计来监测。当混合物中的氮气含量较小时，直接送入空管道；当混合物中的氮气含量大于等于阈值时，经脱硫塔脱硫处理后送入到脱氮装置中，然后再送入压缩机加压。

本发明的主要优点在于：

(a)脱氮装置及压缩机为间歇操作，脱氮装置的分离效果佳，能耗低，经济效益好；

(b)易维护，运行成本低；

(c)可靠性高，使用寿命长；

(d)装置结构简单，占地面积小，容易实施，投资小，操作方便，适合长周期运转。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述该发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按体积流量计。

实施例1：150万吨/年加氢裂化处理装置中，设置了一套如图1所示的间歇脱氮装置，其具体运行过程及效果描述如下：

当加氢过程启动时，加氢反应器出来的循环氢带有硫化氢、氮气等多组分混合物，其体积流量为330000Nm³/h，氢气纯度为88％，密度为0.26kg/m³，压力为17.4MPa。在循环氢再利用过程中，先由内置旋流分离器的脱硫塔的进口进入脱硫塔后，与脱硫塔上部入口进入的脱硫剂(贫胺液)逆向充分接触，脱除氢气流股中夹带的硫化物：脱硫剂(贫胺液)达到一定的液位后，则由脱硫塔的液相出口出塔，而氢气流股不断向上运动并由脱硫塔气相出口出塔，孔板流量计中的压差读数可用于监测流股中的氮气含量，当流股中的氮气含量达到6％时，送入到脱氮装置中，采用的脱氮装置可以是膜分离器组，也可以是变压吸附等其他装置，当脱氮装置为膜分离器组时，膜组件为中空纤维膜组件，纤维束一端封闭，一端开口，氢气流股走在纤维外侧，在推动力的作用下，氢气由纤维外侧渗透进纤维丝内，并从纤维束的开口端排出，送入到压缩机(C103)中进行加压，返回反应部分同补充氢混合，如此循环往复；

对膜分离器组的出口流股含量进行标准取样分析，用氢气浓度检测仪测定其中的氢气含量，测量可得回收氢的平均纯度在96％左右，该结果表明：本实施例有效地将氢气进行了提纯回用，控制了流股中的氮气含量保持在较低的水平，避免了氮气积累对设备操作产生的不利影响。

由此可见，采用本发明的方法，比较完善的解决了流股中氮气随着流股的循环使用积累，达到一定浓度时对设备操作不利，副产氢装置的出料流股中的氮气含量较高导致的氢气纯度不高使得流股中的氢气利用率降低，浪费部分氢气资源，经济效益不高等问题，即净化了气体组分，延长了后续设备的使用寿命。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考一样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种炼厂氢气流股的脱氮方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

测量富含氢气流股管路中的氮气含量，并以此判断是否启动脱氮操作，当富含氢气流股中氮气含量小于阈值时，不将其通入脱氮装置；当富含氢气流股中的氮气含量大于等于阈值时，将含氮的氢气流股送入脱氮装置中，从而脱除其中的氮气，脱氮后经压缩机加压。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的富含氢气流股为循环氢流股或副产氢装置的出料流股，富含氢气流股包括氢气、氮气和其它气体组分，其中氢气体积含量在85％以上；所述的其它气体组分与氢气的体积比值保持不变。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的其它气体组分为硫化氢气体或甲烷气体。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的脱氮和加压操作均为间歇操作，当富含氢气流股中氮气含量小于阈值的二分之一时，停止脱氮和加压操作。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的测量富含氢气流股管路中的氮气含量采用孔板流量计测量，由孔板流量计的流量计算公式可知，测得的体积流量与压差之间的关系，计算公式如下：

式中，Q为体积流量，C为流出系数，β为管道直径比，ε为流体可膨胀系数，d为工作条件下节流件的节流孔或喉部直径，ΔP为节流件上下游压差，ρ为管道中流体的密度；

通过调节泵的参数来使管道中流量Q为定值，孔板流量计上下游的压差ΔP则由孔板流量计上的压差计测得，则由上式推得，流体的密度计算公式如下：

由于氢气流股中氢气含量和除氮气外的其它气体含量的相对比例固定，当氮气含量发生变化时，流体的密度会随之发生改变，根据预先测定的富含氢气流股密度-氮气含量关系，即可利用孔板流量计监测流股中的氮气含量。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的脱氮装置采用膜分离器组，当氮气体积含量大于等于6％时，启动脱氮装置，当氮气体积含量小于3％时，关闭脱氮装置；采用的膜分离器组为中空纤维膜组件，纤维束一端封闭，一端开口，氢气流股走在纤维外侧，在推动力的作用下，氢气由纤维外侧渗透进纤维丝内，并从纤维束的开口端排出。

7.一种氢气流股脱氮装置，该装置包括：

用于脱除氮气的脱氮装置；

用于脱氮后的氢气流股加压的压缩机；

用于控制流股进入脱氮装置的监测装置；

压缩机位于脱氮装置下游；监测装置位于脱氮装置上游，且压缩机与脱氮装置构成支路，并联连接在监测装置下游的气体管路上，所述被并联的气体管路上设置有开关阀。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述脱氮装置是膜分离器组或碳分子筛吸附装置，所述的监测装置为孔板流量计。

9.如权利要求7-8中的装置在氢气流股脱氮中的应用。